주간뇌연구동향 2017-09-19 한국뇌연구원 뇌연구정책센터
1. ' 임신중감염 과 자녀의자폐증위험 간의관련성을밝혀 Article: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28902840 ' 면역반응과특이한신경배선 (neural wiring) 간의관계 ' 를밝힌연구결과가두편발표되었다. Maternal bacteria promote abnormal behaviours associated with neurodevelopmental disorders in MIA offspring 매사추세츠의대의김상두 김현주박사가이끄는연구진은첫번째논문에서, MIA가마우스의뇌와행동에미치는영향에주목했다. 그들은 " 바이러스감염과유사한환경에노출된암컷마우스가낳은새끼들이비정형행동 (atypical behaviour) 을보일가능성이높다 " 는사실을발견하고, 그와관련된세포적 분자적메커니즘중일부를규명했다. 연구진의결과중일부는과학자들이이미인지하고있던것으로, " 임신이인터루킨-17a(interleukin-17a) 라는단백질의생성을특이적으로증가시켜, 암컷마우스의면역반응을변화시킨다 " 는것이다. 그러나이번연구의의의는, 저자들이추가실험을통해그메커니즘에대한단서를찾아냈다는데있다. 이번연구에서특히눈에띄는것은, 마우스의소화관에서식하는장내미생물의유형이중요한것으로 보인다는것이다. 연구진이항생제를이용하여흔한장내미생물인절편섬유상세균 (SFB: segmented Unlike offspring from poly(i:c)-injected Tac mothers, those from poly(i:c)-injected Jax mothers did not show any of the MIA-associated behavioural phenotypes
1. 임신중감염 과 자녀의자폐증위험 간의관련성을밝혀 ( 계속 ) filamentous bacteria) 을제거했더니, 새끼를감염의영향으로부터보호할수있었다. 즉, 항생제를투여받은마우스의새끼들은사회성감소 (reduced sociability) 나반복행동 (repetitive action) 등의이상행동을보이지않았다. SFB는세포를자극하여인터루킨-17a의생성을증가시키는것으로알려져있으며, 이번주 Nature 의에실린논평 ( 엄마의세균이아기의행동에영향을미친다 ) 에서 C. M. 파월은한가지뚜렷한시사점을지적했다 ( 참고 6): " 일부임신부들은식이요법이나약물요법을이용하여장내미생물을조작함으로써, 감염으로인해촉발된면역반응이아기에게미치는악영향을감소시킬수있다." 물론파월이제시한방법이임상에적용되려면, 좀더많은후속연구를통해이번연구결과를확인하고내용을보강할필요가있다. SFB-specific T cells are the major IL-17a producer in pregnant mothers treated with poly(i:c). Human commensal bacteria inducing gut T H 17 cells promote abnormal behavioural phenotypes in MIA offspring
1. ' 임신중감염 과 자녀의자폐증위험 간의관련성을밝혀 ( 계속 ) Article: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28902835 MIT의임영신박사가이끄는연구진은, MIA를보인어미에게서태어난새끼의발달중인뇌를분석했다. 그리하여연구진은새끼의이상행동을 1차체성감각영역 (S1DZ: primary somato-sensory cortex) 의이질과립 ( 異質顆粒 ) 구역 (dysgranular zone) 까지추적했다. 연구진은마우스의유전자를조작하여 S1DZ의뉴런이빛을통해활성화되도록한다음, S1DZ의활성화가동일한이상행동을유도한다는것을확인했다. 심지어 MIA를겪지않은어미에게서태어난새끼들도 S1DZ가활성화되면이상행동을보이는것으로나타났다. 지금까지정신장애에대한연구가수도없이행해져, 특정정신질환과 ' 과도하거나과소하게 활성화된뇌영역 ' 간의관련성에대한강력한이론적근거를제시했다. 그러나이번연구처럼, 특정 Cortical patches observed in offspring of dams following MIA 뇌영역의활성화와특이행동간의관련성이증명된것은매우이례적인일이다.
1. ' 임신중감염 과 자녀의자폐증위험 간의관련성을밝혀 ( 계속 ) 예컨대수면병은기저핵 (basal ganglia) 의심부 ( 深部 ) 에서일어난변화와관련이있으며, 자폐증과유사한증상 ( 판에박은행동, 반복행동 ) 을보이는것으로밝혀진바있다. 임박사가이끄는연구진은이번연구에서, S1DZ 영역에서뻗어나온뉴런이기저핵의심부중하나인선조체 (striatum) 에연결되었음을확인했는데, 이연결은동물에서반복행동을유도하는것으로나타났다고한다. 그러나 S1DZ는대뇌피질의독특한지역에도연결된것으로밝혀졌는데, 이는사회성변화를유도하는것으로보인다. The presence and size of cortical patches are predictive of MIA-induced behaviours and their severity in offspring Increasing neural activity in the S1DZ region induces MIA behavioural phenotypes in wild-type mice
2. 포스텍, 자폐증생쥐확보성공 자폐증치료제개발탄력 출처 : 노컷뉴스 Article: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28899869 포스텍은생명과학과김경태교수팀이서울대최세영교수팀과함께자폐증을앓는생쥐모델을만드는 데성공했다고밝혔다. 자폐증원인가운데하나는뇌조직속에있는 TrkB 수용체 ( 뇌신경인자가작용하는세포막수용체 ) 이상이다. 이수용체가줄어들면뇌속상호작용이원활하게이뤄지지않아자폐증이생기는데연구팀은이를 인위적으로제거한자폐증모델생쥐를만들었다. 연구팀은자폐증을앓는생쥐에야생식물인산일엽초에서추출한약물을투여하자자폐증증상이 60 80% 가량호전하는것을확인했다고설명했다. 연구팀은천연물질 7,8- 디하이드록시플라본이자폐증치료에효과가있음을확인했다.
2. 포스텍, 자폐증생쥐확보성공 자폐증치료제개발탄력 ( 계속 ) 이번공동연구는자폐증모델생쥐를이용해자폐증치료에한발다가간성과를인정받아의학분야권위지인 ' 실험의학저널 (Journal of Experimental Medicine)' 에 소개됐다. 자폐증치료제개발을위해서는임상단계에동물실험이필수지만지금까지는자폐증동물모델확보가제한적이어서어려움이많았다. 김경태교수는 " 이번연구가자폐증모델생쥐확보와함께자폐증발병과치료제개발에활용될수있을것으로기대된다 " 고말했다.
3. 양측전두엽피질통신은일회성기억기능의핵심 Article: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28885757 Ref : http://www.humanconnectomeproject.org 듀크대학의 Simon Davis와동료들의새로운연구에따르면, 대뇌피질의왼쪽과오른쪽반구사이의유체통신및조정은인간의수명에걸쳐인지와일시적인기억기능을최적화하는데기본적인역할을하는것으로밝혀졌다. 건강한노인의왼쪽전두엽또는전두엽모두정상적인뇌활동을일시적으로바꾸기위해신경외이변조장치 (transranial magnetic stimulation, TMS) 를사용했다. TMS는특정지역화된뇌영역에적용되어대상영역이전체용량으로기능하지못하게일시적으로억제한다. 연구자들은또한좌우대뇌반구의양측영역사이에강한백색물질경로가더견고한구조적신경생식을나타냈다는것을발견했다. 두뇌의하얀물질은수십억개의뉴런을연결하고여러뇌영역사이에서신호를운반하는미엘린으로덮인축삭의복잡한미로입니다. 백색물질의무결성은뇌가기능적연결성을간소화하고보다효율적으로일할수있게해준다. 지난 10 년동안신경과학자들은뇌의양쪽반구를포함하여인간뇌전체에걸쳐회색물질 ( 신경뇌의양 ) 을연결하는정교한하얀물질의웹을식별하고지도화하기위해고급뇌영상 " 연결성 (connectomics)" 기술을사용해왔다.
4. 다른형태의시냅스가소성 출처 : 메디컬투데이 Article: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28883072 학습은주로신경회로내의시냅스강도의활동 - 의존적변형에의해중재된다. Howard Hughes Medical Institute 의 Maqee 박사연구팀은 hippocampal 영역 CA1 의장소필드가 Hebbian 가소성과는다른시냅스증강에의해생성된다는것을발견하였다. 장소필드는복합스파이크전후에몇초동안도착한입력을강화하여단일시험에서생체내에서 Place-field properties suggest seconds-long plasticity rule 생성될수있습니다. 하지만, 강화된시냅스입력은초기에활동전위또는탈분극과일치하지않았다. 행동시간규모시냅스가소성 (behavioral time scale synaptic plasticity) 이라는이규칙은인과관계가없거나시냅스후활성화에시간이지나지않은입력을갑자기수정한다. 조각에서임계이하의 presynaptic 활동과칼슘 (Ca2 +) 고원잠재력의다섯가지조합은비대칭초 시간코스와함께큰 potentiation 을생산하였다. 이가소성은시냅스가중치내에서전체행동시퀀스를효율적으로저장하여예측장소세포활동을 Asymmetric synaptic plasticity rule spans for seconds around plateau potential 생성한다.
초기에진단하는것이중요하다. 5. 알츠하이머성치매초기환자냄새못맡는원인규명 출처 : 중앙일보 Article: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/pmc5596540/ DGIST 뇌 인지과학전공문제일교수연구팀은최근알츠하이머성치매초기환자들이냄새를못맡는원인을규명했다. 문제일교수연구팀은가천대서유헌, 장근아교수연구팀과의공동연구를통해알츠하이머성치매의초기진행상황과후각기능이상간의연간관계의메커니즘을풀어냈다. 알츠하이머성치매는전체치매의 60~80% 를차지하는가장대표적인퇴행성뇌질환이다. 특히대한민국이고령사회로진입함에따라퇴행성뇌질환환자가더욱늘어나게되면서알츠하이머성치매는심각한사회문제로대두되고있다. 현재치매에대한근원적치료법은없으나치매를조기에발견하면증세악화를막거나지연시킬수있다. 시장에출시된일부치료제들도치매의직접적치료보다는증세완화혹은지연에초점을맞추고있다. 이러한치료제들은적절한시기에투여해야효과를나타내므로알츠하이머성치매를
5. 알츠하이머성치매초기환자냄새못맡는원인규명 ( 계속 ) 알츠하이머성치매초기에는 ' 베타아밀로이드 ' 로불리는독성단백질이비정상적으로과 ( 過 ) 발현돼뇌안에서축적되며뇌신경세포에악영향을끼치는것으로알려져있다. 최근여러연구에서알츠하이머성치매와후각능력감퇴간의연관성에대해보고되고있지만구체적인메커니즘에대해서는명확하게밝혀지지않았다. 문제일교수연구팀은알츠하이머성치매초기에나타나는후각기능이상에주목해중추신경계인뇌뿐만아니라말초신경계인후각신경계의연구를진행했다. 연구팀은알츠하이머성치매모델동물을이용한행동실험을통해알츠하이머성치매에서발견되는초기후각기능이상이뇌인지기능이상을보이는생후 14개월보다앞선생후 6개월에진행됨을확인했다. 또한중추신경계내부에서만발현한다고알려진베타아밀로이드가말초신경계인 후각상피조직자체에서도직접발현하는것을관찰했다. 더나아가베타아밀로이드가 Working hypothesis of olfactory dysfunction and impairment in an AD mouse model. 후각상피속후각신경세포에치명적인영향을끼쳐직접적으로후각기능상실을 유도한다는사실도확인했다.
02. 과학기술정책및산업동향 1. 치매국가책임제 ' 구현, 대규모 R&D 기획단꾸린다 출처 : 전자신문 ' 치매국가책임제 ' 구현을위한대규모연구개발 (R&D) 과제가추진된다. 원인규명부터돌봄서비스까지치매전영역을아우르는국책과제다. 분야별전문가를 총동원해기획연구단을구성, 모든 R&D 전략수립을일원화한다. 13 일정부기관에따르면과학기술정보통신부, 보건복지부는국가치매연구개발위원회를구성해 R&D 전략을수립하고있다. 공식발족은 20 일이다. 치매국가책임제관련 R&D 는전략수립을총괄하는 ' 국가치매 R&D 위원회 ' 와 ' 치매 R&D 예비타당성조사준비분과위원회 ' 로나눠운영된다. 국가치매 R&D 위원회는 ' 치매국가책임제 ' 를구현할 R&D 전략방향성정립과검토가주역할이다. 궁극으로는치매정복을위해확보해야할원천기술, 응용 서비스등을논의한다. 단순자문을넘어산별차원에서이뤄지던치매 R&D 의한계를해소하는역할도한다. R&D 기획, 설계, 모니터링등집행기능을제외한 ' 컨트롤타워 ' 가된다. 위원회총괄은묵인희서울대의대생화학교실교수가맡는다. 20 여년동안알츠하이머치매를연구한전문가다. 이동영서울대병원정신건강의학과교수, 이재홍 서울아산병원신경과교수, 정용 KAIST 바이오뇌공학과교수, 최영식한국뇌연구원뇌질환연구부장, 김문상광주과학기술원 (GIST) 헬스케어로봇센터장등 15 명이 참여한다. 김정원과기정통부기초원천연구정책관, 양성일복지부보건산업정책국장이위원으로활동한다. 치매 R&D 예타조사준비분과위는과제설계를맡는다. 원인규명및예방 혁신형진단 맞춤형치료 체감형돌봄등 4 개분과로운영된다. 임상의, 기초의학연구자, 정보통신기술 (ICT) 기업대표등 40 여명이위원으로위촉됐다.
02. 과학기술정책및산업동향 1. ' 치매국가책임제 ' 구현, 대규모 R&D 기획단꾸린다 ( 계속 ) 이재홍서울아산병원교수가중심이된원인규명및예방은치매원인을규명한다. 치료제와조기발견역량확보의출발점이된다. 이동영서울대의대교수가이끄는혁신형진단분과는혈액을통한알츠하이머조기진단등진단영역원천기술확보 R&D를설계한다. 나덕렬삼성서울병원교수를중심으로한맞춤형치료분과는나이, 기저질환, 환경, 뇌단백질축적정도등에따라개인맞춤형치료법을제시하는원천기술개발을설계한다. 김기웅서울대의대교수의체감형돌봄분과는로봇등다양한기술을활용한돌봄서비스개발전략을수립한다. 예타준비분과위는네가지영역을아우른국책과제를내년상반기에제시할예정이다. 2019 년도예산안에반영한다는목표다. 묵인희국가치매 R&D 위원장은 치매요양시설등인프라구축도중요하지만근본해결책은치매원인규명과조기진단, 치료제개발 이라면서 치매 국가책임제구현을위한 R&D 종합전략을수립할방침 이라고설명했다. 중앙치매센터에따르면우리나라 65 세이상치매환자수는지난해기준 68 만 5739 명으로집계된다. 전체 65 세이상노인의약 10% 다. 2021 년에는 88 만명까지 늘것으로예측된다. 세계적으로치매환자가급증하고있지만원인규명은물론원인치료제도없다. 묵위원장은 가장중요한 R&D 확보를위해원인규명, 진단, 치료, 돌봄등전영역에정교하고필요한 R&D 전략을짜겠다 면서 4 차산업혁명핵심인 ICT 도 접목, 기술간융합을통한혁신을추구하겠다 고말했다.
02. 과학기술정책및산업동향 2. 뇌 - 컴퓨터접속 (BMI) 응용한로봇의수, 5 년내상용화될것 출처 : 동아사이언스 앤드루슈워츠미국피츠버그대신경생물학과교수는 15일대구한국뇌연구원에서열린뇌과학대중강연회 브레인쇼 에참석해이렇게말했다. 슈워츠교수는뇌과기계를연결하는첨단기술인 뇌-컴퓨터접속 (BMI) 기술의아버지 라는별명으로불리는석학이다. 2008년과 2012년에각각원숭이와인간의뇌에콩알만한칩을넣어최초로생각만으로움직이는정교한로봇팔 ( 의수 ) 을선보여세계적인주목을받았다. 이로봇의수는불의의사고로팔을잃은환자에게활용될수있는데, 이분야대가가상용화가임박했음을선언한셈이다. 로봇의수의원리는간단하다. 슈워츠교수는 팔을움직이는단순한동작에도수많은신경세포가사용된다 며 원숭이를대상으로팔을회전시키는단순한동작을 할때팔이특정위치나방향을가리킬때만활동하는신경세포가있는데, 이사실에착안해신경세포수백개를읽어로봇팔로하여금원하는동작을수행하게 만들었다 고말했다. 뇌의신호를읽기위해초기에연구팀이택한방법은뇌의표면에콩알크기의미세한탐침을붙이는것이었다. 원숭이와사람의두개골을열고선으로신호를읽어 컴퓨터로분석한뒤로봇팔과연결했다. 슈워츠교수팀은이후로봇팔에서움직일수있는관절수를늘려세밀한동작이가능하게만들었고, 이를사람에게도 실험했다. 최근에는압력을느끼는센서도연결해손가락끝으로물건을느끼는것도가능해졌다. 슈워츠교수는 이기술을상용화하는데가장큰걸림돌은거추장스러운선 이라며 3~5 년내에이를무선화하고, 무게를가볍게해휠체어에연결하면상용화가 가능할것 이라고말했다. 슈워츠교수는 최근에는새로운분야를연구하고있다 며 광유전학으로신경을자극해근육을움직이게하는방법을연구할 예정 이라고말했다.
02. 과학기술정책및산업동향 2. 뇌 - 컴퓨터접속 (BMI) 응용한로봇의수, 5 년내상용화될것 ( 계속 ) 브레인쇼 는뇌과학을대중화하기위해국내외석학을초청해다양한뇌과학분야를대중에게소개하는대규모강연회다. 한국뇌연구원이주최하며전국에서 온 400 여명의청소년과성인이강연을들었다. 올해는슈워츠교수외에뇌질환전문가인김은준 IBS 시냅스뇌질환연구단장과치매전문가인최영식 한국뇌연구원뇌질환연구부장이강연을했다. [2017 브레인쇼 : 뇌과학과 4 차산업혁명 ] - 일시 / 장소 : 2017.09.15( 금 )/ 한국뇌연구원대강당 - 강연자 : IBS 김은준시냅스뇌질환연구단장, 미국피츠버그대학교신경생물학과앤드류스워츠교수, 한국뇌연구원최영식뇌질환연구부장
감사합니다